JPH03196619A - 銅配線の形成法とそれに使用するターゲット - Google Patents
銅配線の形成法とそれに使用するターゲットInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、ＬＳＩ等における銅配線を形成する方法、
及びその際に使用する銅合金スパッタリングターゲット
に関するものである。
及びその際に使用する銅合金スパッタリングターゲット
に関するものである。
〈従来技術とその課題〉
従来、ＬＳＩの製造においては、配線材料としてＭ又は
Ａ２合金を使用し、スパッタリング被覆法並びにイオン
エツチング法によって基板上に所望パターンの配線を形
成するのが一般的であったが、ＶＬＳ ＩやＵＬＳＩの
出現に象徴されるように半導体装置に対する高集積化要
求は止まるところを知らず、それに伴ってより一層微細
な配線が必要となってきたことから、最近では該配線材
料としてＣｕを使用することが検討されている。なぜな
ら、ＣｕはＡｆ又はＡ１合金に比べて耐エレクトロンマ
イグレーション性や耐ストレスマイグレーション性に優
れているため断線の危険が少なく、しがも低抵抗である
と言う好ましい特性を有しているためである。
Ａ２合金を使用し、スパッタリング被覆法並びにイオン
エツチング法によって基板上に所望パターンの配線を形
成するのが一般的であったが、ＶＬＳ ＩやＵＬＳＩの
出現に象徴されるように半導体装置に対する高集積化要
求は止まるところを知らず、それに伴ってより一層微細
な配線が必要となってきたことから、最近では該配線材
料としてＣｕを使用することが検討されている。なぜな
ら、ＣｕはＡｆ又はＡ１合金に比べて耐エレクトロンマ
イグレーション性や耐ストレスマイグレーション性に優
れているため断線の危険が少なく、しがも低抵抗である
と言う好ましい特性を有しているためである。
しかし、上記配線材料としてＣｕの適用を考えた場合、
ＣｕにはＳｔやＳｉ ＯＪに拡散し易いことがらＰ−Ｎ
接合のリーク電流を引き起こす原因となり易いとの問題
が指摘され、更に耐酸化性も十分でないため熱処理を施
すとＣｕの酸化による配線抵抗の上昇が生じるとの問題
もあって、その実用化が今−歩躊躇されていた。ただ、
最近、銅配線層とシリコン基板との間にＴｉＮ膜、Ｗ膜
、 Ｍｏ膜、 Ｔａ膜。
ＣｕにはＳｔやＳｉ ＯＪに拡散し易いことがらＰ−Ｎ
接合のリーク電流を引き起こす原因となり易いとの問題
が指摘され、更に耐酸化性も十分でないため熱処理を施
すとＣｕの酸化による配線抵抗の上昇が生じるとの問題
もあって、その実用化が今−歩躊躇されていた。ただ、
最近、銅配線層とシリコン基板との間にＴｉＮ膜、Ｗ膜
、 Ｍｏ膜、 Ｔａ膜。
Ｃｒ膜等のバリア層を設けて両者の相互拡散を防止する
手段が提案されたこともあり （例えば特開昭６３−１
５６３４１号公報や特開昭６３−１７４３３６号公報等
を参照されたい）、上記拡散に起因したＰ−Ｎ接合のリ
ーク電流を防止する道については先が見透せるになって
きたが、銅配線を形成する工程で必要な熱処理時におけ
る銅配線層の酸化防止については十分な対策が見出され
ていなかった。
手段が提案されたこともあり （例えば特開昭６３−１
５６３４１号公報や特開昭６３−１７４３３６号公報等
を参照されたい）、上記拡散に起因したＰ−Ｎ接合のリ
ーク電流を防止する道については先が見透せるになって
きたが、銅配線を形成する工程で必要な熱処理時におけ
る銅配線層の酸化防止については十分な対策が見出され
ていなかった。
ところが、このような状況の中で、下地上への配線用Ｃ
ｕ層の形成を“Ｃｕ上にＴｉを配置したモザイクターゲ
ット”を用いたスパッタリングにて行い、続いて形成さ
れたＣｕ−Ｔｉ合金薄膜配線層を窒素雰囲気中でアニー
ルして該配線層表面にＴｉＮ層を形成させ、これによっ
て耐酸化性を向上させようとの提案がなされた（１９Ｂ
８年（昭和６３年）秋季第４９回応用物理学会学術講演
会講演予稿集第２分冊。
ｕ層の形成を“Ｃｕ上にＴｉを配置したモザイクターゲ
ット”を用いたスパッタリングにて行い、続いて形成さ
れたＣｕ−Ｔｉ合金薄膜配線層を窒素雰囲気中でアニー
ルして該配線層表面にＴｉＮ層を形成させ、これによっ
て耐酸化性を向上させようとの提案がなされた（１９Ｂ
８年（昭和６３年）秋季第４９回応用物理学会学術講演
会講演予稿集第２分冊。
第４３４頁参照〕。
しかしながら、該提案になる方法は性能の良い銅配線を
形成する上で有効な手段になり得ると考えられはしたが
、Ｃｕ−Ｔｉ合金薄膜層の表面にＴｉＮ層を形成させる
ための所要窒化温度が８００℃程度と高温であるためＬ
ＳＩの製造に現在使用されている装置の利用が出来ない
上、Ｃｕ−Ｔｉ合金薄膜層の形成が“Ｃｕ上にＴｉ片を
置いたターゲット”をスパッタする手法で実施されるた
め作業性の点でも問題があり、工業上十分に満足できる
ものとは言えなかった。
形成する上で有効な手段になり得ると考えられはしたが
、Ｃｕ−Ｔｉ合金薄膜層の表面にＴｉＮ層を形成させる
ための所要窒化温度が８００℃程度と高温であるためＬ
ＳＩの製造に現在使用されている装置の利用が出来ない
上、Ｃｕ−Ｔｉ合金薄膜層の形成が“Ｃｕ上にＴｉ片を
置いたターゲット”をスパッタする手法で実施されるた
め作業性の点でも問題があり、工業上十分に満足できる
ものとは言えなかった。
このようなことから、本発明が目的としたのは、「耐酸
化性に優れ十分な導電性を発揮する細密銅配線を、格別
に新規な設備を要することなく工業的規模で簡単かつ安
価に形成できる手段」を確立することである。
化性に優れ十分な導電性を発揮する細密銅配線を、格別
に新規な設備を要することなく工業的規模で簡単かつ安
価に形成できる手段」を確立することである。
〈課題を解決するための手段〉
そこで、本発明者等は上記目的を達成すべく数多くの実
験を重ねながら研究を行った結果、「窒化処理によって
“スパッタリング被覆法で形成した銅配線層”の表面に
窒化物層を生成させ銅配線層の酸化防止を図るに当り、
銅配線層中にＴｉと比べて窒化物の標準生成自由エネル
ギーが低いＺｒを含有させておくと、Ｔｉを含有させた
場合よりも格段に低い窒化温度で酸化防止に有効な窒化
物層の形成が可能となる上、Ｚｒ含有量が規制されてお
れば銅配線の性能が劣化する虞れもない、しかも、Ｚｒ
含有銅配線層の形成は“Ｃｕ −Ｚｒ合金ターゲットを
使用したスパッタリング被覆法“を適用することにより
安定して実施でき、 “Ｃｕ上にＴｉ片を置いたモザイ
クターゲット“使用する前記従来提案法のような“スパ
ッタ処理時のハンドリング性悪化”を招くこともない、
」との新しい知見を得ることができた。
験を重ねながら研究を行った結果、「窒化処理によって
“スパッタリング被覆法で形成した銅配線層”の表面に
窒化物層を生成させ銅配線層の酸化防止を図るに当り、
銅配線層中にＴｉと比べて窒化物の標準生成自由エネル
ギーが低いＺｒを含有させておくと、Ｔｉを含有させた
場合よりも格段に低い窒化温度で酸化防止に有効な窒化
物層の形成が可能となる上、Ｚｒ含有量が規制されてお
れば銅配線の性能が劣化する虞れもない、しかも、Ｚｒ
含有銅配線層の形成は“Ｃｕ −Ｚｒ合金ターゲットを
使用したスパッタリング被覆法“を適用することにより
安定して実施でき、 “Ｃｕ上にＴｉ片を置いたモザイ
クターゲット“使用する前記従来提案法のような“スパ
ッタ処理時のハンドリング性悪化”を招くこともない、
」との新しい知見を得ることができた。
本発明は、上記知見事項等に基づいてなされたものであ
り、 ［スパッタリング被覆法を適用して下地の上に銅配線部
を形成するに当って、スパッタリングターゲットとして
Ｚｒを５〜２０％（以降、成分割合を表わす％は重量％
とする）の割合で含有する銅合金ターゲットを用いると
共に、形成された銅配線部をＮ２ガス又はＮ Ｈｓ含有
雰囲気中で３００℃以上に加熱処理して該銅配線部表面
にジルコニウム窒化物層を形成させることにより、その
耐酸化性を顕著に改善できるようにした点」 に特徴を有し、更には 「耐酸化性銅配線を形成するためのスパッタリングター
ゲットを、Ｚｒを５〜２０％の割合で含有すると共に残
部が実質的にＣｕから成る銅合金で構成した点」 をも特徴とするものである。
り、 ［スパッタリング被覆法を適用して下地の上に銅配線部
を形成するに当って、スパッタリングターゲットとして
Ｚｒを５〜２０％（以降、成分割合を表わす％は重量％
とする）の割合で含有する銅合金ターゲットを用いると
共に、形成された銅配線部をＮ２ガス又はＮ Ｈｓ含有
雰囲気中で３００℃以上に加熱処理して該銅配線部表面
にジルコニウム窒化物層を形成させることにより、その
耐酸化性を顕著に改善できるようにした点」 に特徴を有し、更には 「耐酸化性銅配線を形成するためのスパッタリングター
ゲットを、Ｚｒを５〜２０％の割合で含有すると共に残
部が実質的にＣｕから成る銅合金で構成した点」 をも特徴とするものである。
以下、本発明においてスパッタリングターゲットの化学
組成及び処理条件を前記の如くに限定した理由を、その
作用並びに効果と共に詳述する。
組成及び処理条件を前記の如くに限定した理由を、その
作用並びに効果と共に詳述する。
〈作用及び効果〉
まず、本発明に係るＣｕ −Ｚｒ合金スパッタリングタ
ーゲットにおけるＺｒ含有量を５〜２０％と定めたのは
、ターゲットのＺｒ含有量が５％未満であると“スパッ
タ処理によって得られるＣｕ −Ｚｒ合金配線層”を窒
化処理してもその表面に十分な耐酸化保護性を有する窒
化ジルコニウム層が形成されず、一方、２０％を超えて
Ｚｒを含有させると“スパッタ処理によって得られるＣ
ｕ −Ｚｒ合金配線層”の導電性に悪影響が出るように
なるためである。そして、銅合金配線層を形成させるた
めのスパッタリングターゲットを上記の如き合金形態と
したことにより、スパッタ処理時のハンドリング性に困
難が伴うのを防止できることは先に述べた通りである。
ーゲットにおけるＺｒ含有量を５〜２０％と定めたのは
、ターゲットのＺｒ含有量が５％未満であると“スパッ
タ処理によって得られるＣｕ −Ｚｒ合金配線層”を窒
化処理してもその表面に十分な耐酸化保護性を有する窒
化ジルコニウム層が形成されず、一方、２０％を超えて
Ｚｒを含有させると“スパッタ処理によって得られるＣ
ｕ −Ｚｒ合金配線層”の導電性に悪影響が出るように
なるためである。そして、銅合金配線層を形成させるた
めのスパッタリングターゲットを上記の如き合金形態と
したことにより、スパッタ処理時のハンドリング性に困
難が伴うのを防止できることは先に述べた通りである。
また、上記Ｃｕ −Ｚｒ合金スパッタリングターゲット
を使用して形成されたＣｕ −Ｚｒ合金配線層はその後
耐酸化性向上のために窒化処理されるが、該窒化処理は
工業的に極めて容易なＮ２ガス又はＮＨ３ガス含有雰囲
気中での加熱によって実施される。
を使用して形成されたＣｕ −Ｚｒ合金配線層はその後
耐酸化性向上のために窒化処理されるが、該窒化処理は
工業的に極めて容易なＮ２ガス又はＮＨ３ガス含有雰囲
気中での加熱によって実施される。
この場合、Ｃｕ−Ｔｉ合金配線層では８００℃程度に加
熱しないと形成されなかった“耐酸化保護性に優れる窒
化物表面層″は、Ｃｕ −Ｚｒ合金配線層においては３
００℃以上程度の非常に低い温度においても形成される
ため、ＬＳＩの製造に従来から使用されてきた装置を利
用することも十分に可能である。ただ、本発明に係るＣ
ｕ −Ｚｒ合金配線層であっても、窒化処理温度が３０
０℃を下回ると“十分な耐酸化保護性を有する窒化ジル
コニウム表面層”の安定形成が困難となるため、Ｎ２ガ
ス又はＮＨ，ガス含有雰囲気中での加熱温度は ３００
℃以上と定めたが、好ましくは４００℃程度以上とする
のが良い。なお、窒化処理雰囲気中の窒素圧は高ければ
高いほど良好であることは言うまでもなく、加熱保持時
間は加熱温度やＣｕ −Ｚｒ合金配線層のＺｒ含有量等
によって適宜調整すれば良い。
熱しないと形成されなかった“耐酸化保護性に優れる窒
化物表面層″は、Ｃｕ −Ｚｒ合金配線層においては３
００℃以上程度の非常に低い温度においても形成される
ため、ＬＳＩの製造に従来から使用されてきた装置を利
用することも十分に可能である。ただ、本発明に係るＣ
ｕ −Ｚｒ合金配線層であっても、窒化処理温度が３０
０℃を下回ると“十分な耐酸化保護性を有する窒化ジル
コニウム表面層”の安定形成が困難となるため、Ｎ２ガ
ス又はＮＨ，ガス含有雰囲気中での加熱温度は ３００
℃以上と定めたが、好ましくは４００℃程度以上とする
のが良い。なお、窒化処理雰囲気中の窒素圧は高ければ
高いほど良好であることは言うまでもなく、加熱保持時
間は加熱温度やＣｕ −Ｚｒ合金配線層のＺｒ含有量等
によって適宜調整すれば良い。
そして、上述のような工程を含んで製造された銅配線は
、その後に熱処理等が施されるようなことがあっても酸
化による性能劣化（導電性の低下や断線の発生）を生じ
ることがなく、半導体装置等の信頬性維持に大きく寄与
することができる。
、その後に熱処理等が施されるようなことがあっても酸
化による性能劣化（導電性の低下や断線の発生）を生じ
ることがなく、半導体装置等の信頬性維持に大きく寄与
することができる。
続いて、本発明を実施例によって更に具体的に説明する
。
。
〈実施例〉
Ｃｕ−４，５χＺｒ合金製のスパッタリングターゲット
を使用したスパッタ処理によりＳｉＯ□製基板上基板上
７ａｍ厚のＣｕ−Ｚｒ薄膜（Ｚｒ含有割合は１４．５％
であった）を形成した後、これを１００ Ｐａの窒素圧
雰囲気中で４００℃（基板温度）に加熱し、２時間保持
した。
を使用したスパッタ処理によりＳｉＯ□製基板上基板上
７ａｍ厚のＣｕ−Ｚｒ薄膜（Ｚｒ含有割合は１４．５％
であった）を形成した後、これを１００ Ｐａの窒素圧
雰囲気中で４００℃（基板温度）に加熱し、２時間保持
した。
次いで、このように窒化処理されたＣｕ −Ｚｒ薄膜の
表層部についてｘｐｓ分析（Ｘ線光電子分光分析）を行
ったが、その結果を第１図に示す。
表層部についてｘｐｓ分析（Ｘ線光電子分光分析）を行
ったが、その結果を第１図に示す。
第１図に示される結果からも明らかなように、Ｃｕ −
Ｚｒ合金製のスパッタリングターゲットを使用して得ら
れた銅薄膜では、４００℃と言う比較的低い温度の窒化
処理であってもＺｒＮ表面層が形成されることが分かる
。
Ｚｒ合金製のスパッタリングターゲットを使用して得ら
れた銅薄膜では、４００℃と言う比較的低い温度の窒化
処理であってもＺｒＮ表面層が形成されることが分かる
。
そして、上記窒化処理後の銅薄膜を銅配線に予想される
酸化性状態（大気中、４５０℃）に６０分間保持しその
後に導電性の測定を行ったが、この場合でもＬＳＩ配線
として十分満足できる値を示し、上記ＺｒＮ表面層が優
れた酸化保護性を有していることが確認された。
酸化性状態（大気中、４５０℃）に６０分間保持しその
後に導電性の測定を行ったが、この場合でもＬＳＩ配線
として十分満足できる値を示し、上記ＺｒＮ表面層が優
れた酸化保護性を有していることが確認された。
なお、これとは別に、それぞれＺｒ含有量が５．２％、
９．８％、 １９．５％の各Ｃｕ −Ｚｒ合金製スパッ
タリングターゲットを使用した以外は上記と同じ条件の
処理で得られた窒化処理Ｃｕ −Ｚｒｉ膜についても同
様の調査を実施したが、この場合にもほぼ同様の良好な
結果を得ることができた。
９．８％、 １９．５％の各Ｃｕ −Ｚｒ合金製スパッ
タリングターゲットを使用した以外は上記と同じ条件の
処理で得られた窒化処理Ｃｕ −Ｚｒｉ膜についても同
様の調査を実施したが、この場合にもほぼ同様の良好な
結果を得ることができた。
く効果の総括〉
以上に説明した如く、この発明によれば、性能の優れた
細密銅配線を作業性良く低コストで量産することが可能
となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
細密銅配線を作業性良く低コストで量産することが可能
となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
第１図は、実施例で得られた窒化処理Ｃｕ−Ｚｒ薄膜表
面についてのＸＰＳ分析の結果を示したものである。
面についてのＸＰＳ分析の結果を示したものである。
Claims (2)
- （１）スパッタリング被覆法を適用して下地の上に銅配
線部を形成するに際し、スパッタリングターゲットとし
てＺｒを５〜２０重量％の割合で含有する銅合金ターゲ
ットを用いると共に、形成された銅配線部をＮ＿２ガス
又はＮＨ＿３ガス含有雰囲気中で３００℃以上に加熱処
理して該銅配線部表面にジルコニウム窒化物層を形成さ
せることを特徴とする、耐酸化性銅配線の形成方法。 - （２）Ｚｒを５〜２０重量％の割合で含有すると共に残
部が実質的にＣｕから成ることを特徴とする、耐酸化性
銅配線を形成するための銅合金スパッタリングターゲッ
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33776189A JPH03196619A (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 銅配線の形成法とそれに使用するターゲット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33776189A JPH03196619A (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 銅配線の形成法とそれに使用するターゲット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03196619A true JPH03196619A (ja) | 1991-08-28 |
Family
ID=18311715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33776189A Pending JPH03196619A (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 銅配線の形成法とそれに使用するターゲット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03196619A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5953628A (en) * | 1997-01-28 | 1999-09-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for forming wiring for a semiconductor device |
| WO2002036846A3 (en) * | 2000-10-30 | 2003-03-06 | Honeywell Int Inc | Sputtering target assemblies |
| US6596139B2 (en) | 2000-05-31 | 2003-07-22 | Honeywell International Inc. | Discontinuous high-modulus fiber metal matrix composite for physical vapor deposition target backing plates and other thermal management applications |
| WO2018123955A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| WO2018147136A1 (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| KR20200078494A (ko) | 2017-11-09 | 2020-07-01 | 미쓰이금속광업주식회사 | 배선 구조 및 타깃재 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6459938A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1989
- 1989-12-26 JP JP33776189A patent/JPH03196619A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6459938A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
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| US6815084B1 (en) | 2000-05-31 | 2004-11-09 | Honeywell International Inc. | Discontinuous high-modulus fiber metal matrix composite for thermal management applications |
| WO2002036846A3 (en) * | 2000-10-30 | 2003-03-06 | Honeywell Int Inc | Sputtering target assemblies |
| US6596131B1 (en) | 2000-10-30 | 2003-07-22 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber and copper support for physical vapor deposition target assembly and method of forming |
| WO2018123955A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| WO2018147136A1 (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| JPWO2018147136A1 (ja) * | 2017-02-08 | 2019-06-27 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| KR20200078494A (ko) | 2017-11-09 | 2020-07-01 | 미쓰이금속광업주식회사 | 배선 구조 및 타깃재 |
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